An Umweltstresse adaptierte N-fixierende Mikrobiome
Matteo Cordoba Agudelo
Kooperationspartner: Miriam Gifford, Liam Walker, Gary Bending (alle University of Warwick, UK)
Hintergrund: Hülsenfrüchte haben die Fähigkeit entwickelt, Wurzelsymbiosen mit Rhizobakterien zu etablieren, die atmosphärischen Stickstoff in organische Formen umwandeln und diesen fixierten Stickstoff mit ihren Pflanzenwirten teilen. Diese Symbiosen werden jedoch stark von Umweltstressen beeinflusst. Unter Stressbedingungen aktivieren Hülsenfrüchte adaptive Signalwege, welche aber die Rhizobien-Besiedlung und Nodulation beeinträchtigen. Neben N-fixierenden Rhizobien rekrutieren Hülsenfrüchte auch andere nützliche Mikroben, die Schutz vor Umweltstressen bieten und mit N-fixierenden Bakterien interagieren können, um die Wurzelnodulation zu unterstützen. Frühere Arbeiten berichteten, dass der hocheffiziente N-fixierende Stamm Sinorhizobium meliloti WSM1022 das Wurzelmikrobiom verändert, indem er die Etablierung eines hocheffizienten, N-fixierenden Minimal-Mikrobioms (im Folgenden als "N-Biom" bezeichnet) beeinflusst. Zusätzlich identifizierten wir ein nützliches α-Proteobakterium, das das Wurzelgewebe des Wirts kolonisiert und die Anpassung der Pflanzen an Umweltstress verbessert. Wir wollen dieses α-Proteobakterium zur Bioprotektion etablieren, um die N-Biom-Symbiose mit Medicago truncatula unter Trockenstress, als kritischen, klimabedingten Stress, zu unterstützen.
Projekt: Um die positiven Effekte des α-Proteobacteriums auf die Funktionalität des N-Bioms zu bewerten, führen wir Ko-Inokulationsexperimente von M. truncatula unter Trockenstress durch. Dazu werden die Pflanzenparameter wie Wachstum, Nodulation und Stressreaktionen untersucht. Zusätzlich analysieren wir den Einfluss des N-Bioms auf Wurzel-, Rhizosphären- und Knöllchenmikrobiome unter Trockenstress, und inwiefern sich die Zusammensetzung und Funktion des Mikrobioms verändert. Abschließend wird ein integrativer GWAS-Ansatz verfolgt, um genetische Pflanzenmerkmale zu identifizieren, welche die Symbiose mit dem N-Biom unter Trockenstress fördern.
Laborverfahren / Techniken: SynComs, Metagenomik, Transkriptomik, Genexpressionsanalysen, GWAS
Einschlägige Veröffentlichungen:
Baxter, L., Roy, P., Picot, E., Watts, J., Jones, A., Wilkinson, H., Schäfer, P., Gifford, M., & Lagunas, B. (2021). Comparative Genomics across Three Ensifer Species Using a New Complete Genome Sequence of the Medicago Symbiont Sinorhizobium (Ensifer) meliloti WSM1022. Microorganisms, 9(12), 2428.
Glaeser, S. P., Imani, J., Alabid, I., Guo, H., Kumar, N., Kämpfer, P., Hardt, M., Blom, J., Goesmann, A., Rothballer, M., Hartmann, A., & Kogel, K. H. (2016). Non-pathogenic Rhizobium radiobacter F4 deploys plant beneficial activity independent of its host Piriformospora indica. ISME Journal, 10(4), 871–884.
Lagunas, B., Richards, L., Sergaki, C., Burgess, J., Pardal, A. J., Hussain, R. M. F., Richmond, B. L., Baxter, L., Roy, P., Pakidi, A., Stovold, G., Vázquez, S., Ott, S., Schäfer, P., & Gifford, M. L. (2023). Rhizobial nitrogen fixation efficiency shapes endosphere bacterial communities and Medicago truncatula host growth. Microbiome 11, 146.